JP5425702B2 - 落重特性に優れた高強度厚鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、海洋構造物、船舶、橋梁等の構造材料の他、原子力発電プラントの圧力容器等の素材として用いられる高強度厚鋼板に関するものであり、特に高い強度と共に落重特性を改善した厚鋼板に関するものである。

焼入れ・焼戻しして用いられる厚鋼板（以下、「ＱＴ鋼板」と呼ぶことがある）は、高強度、高靭性を有すると共に、良好な溶接性を有することから、従来から橋梁や高層建造物、船舶、タンクなどの溶接構造物として広く用いられてきた。こうしたＱＴ鋼板は、近年における溶接構造物の大型化設計に伴って、より高強度（例えば、降伏強度で４１５ＭＰａ以上、引張強度で６２０ＭＰａ以上）が要求される傾向がある。

厚鋼板は高強度であることは勿論のこと、脆性破壊特性の指標である落重特性にも優れている必要がある。しかしながら、高強度化、厚肉化に伴ってこうした特性を満足し難い状況である。

落重特性を良好にする技術として、例えば特許文献１のような技術も提案されている。この技術では、Ｐ含有量を極力低減することによって粒界強化を図ると共に、所定量のＮを添加することによって細粒効果を図り、更にＣｒ添加による靭性向上効果を図るものである。しかしながら、この技術で得られる鋼板は、落重特性の指標となる無延性遷移温度（ＮＤＴ）は−５０℃程度に留まっており、近年の要求特性に対応できるものではない。

また特許文献２には、低温圧延を実施することによって微細フェライトを生成させ、良好な落重特性を達成する技術が提案されている。しかしながら、この技術では高強度化が困難であり、高強度と共に良好な落重特性を確保することはできない。

更に、特許文献３では、ローラクエンチ式焼入れによって、ベイナイトの生成を抑制しつつ微細フェライトを生成させることによって、良好な落重特性を達成する技術が提案されている。しかしながら、この技術においても高強度化は困難であり、高強度と共に良好な落重特性を確保することはできない。

特開平０２−９３０４５号公報 特開昭５５−７９８２８号公報 特開昭６０−１５５６２０号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い強度と共に良好な落重特性を発揮でき、海洋構造物、船舶、橋梁等の構造材料の他、原子力発電プラントの圧力容器等の素材として有用な高強度厚鋼板を提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明に係る厚鋼板とは、Ｃ：０．０３〜０．１５０％（「質量％」の意味。化学成分組成について以下同じ）、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含む）、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｐ：０．０１５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．００５〜０．０６％、Ｃｒ：０．１０〜０．５％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｖ：０．１０％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．００２０〜０．０１０％およびＯ：０．０１０％以下（０％を含まない）を夫々含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、表面から深さｔ／４〜ｔ／２（ｔは、板厚を表す、以下同じ）の位置におけるミクロ組織において、ベイナイトの面積分率が９０％以上であると共に、ベイナイトのラス幅の平均値が３．５μｍ以下であり、且つベイナイト中の島状マルテンサイトの円相当直径の最大値が３．０μｍ以下である点に要旨を有する。

本発明の厚鋼板においては、上記島状マルテンサイトの平均円相当直径が１．０μｍ以下であることが好ましく、これによって落重特性が更に良好なものとなる。尚、本発明において「円相当直径」とは、島状マルテンサイト（以下、「ＭＡ」と略称することがある）の大きさに注目し、同一面積の円に換算したときの直径を意味する。

本発明の厚鋼板には、必要によって、更に（ａ）Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：２％以下（０％を含まない）、（ｂ）Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含まない）および／またはＢ：０．００５％以下（０％を含まない）、（ｃ）Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）および／またはＴｉ：０．０３０％以下（０％を含まない）、（ｄ）Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）および／またはＨｆ：０．０５％以下（０％を含まない）、（ｅ）Ｃａ：０．００３５％以下（０％を含まない）、（ｆ）Ｃｏ：２．５％以下（０％を含まない）および／またはＷ：２．５％以下（０％を含まない）、（ｇ）希土類元素：０．０１％以下（０％を含まない）、等を含有させることも有用であり、こうした元素を含有することで、その種類に応じて厚鋼板の特性が更に改善される。

Ｔｉを含有する場合には、Ｔｉの含有量を０．００５〜０．０３０％とすると共に、鋼板中に存在するＴｉ系分散粒子が平均円相当直径で４０ｎｍ以下とすることや、Ｔｉ系分散粒子の円相当直径の最小値を１０ｎｍ以上とすることが好ましく、こうした要件を満足させることによって、良好な落重特性に加えて、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性を一層高めることができる。尚、Ｔｉ系分散粒子とは、Ｔｉを含有する炭化物、窒化物、酸化物、またはそれらが複合した炭窒化物等の分散粒子を意味する。

本発明によれば、化学成分組成を適切に調整すると共に、ミクロ組織を厳密に規定することによって、高い強度と共に、良好な落重特性が発揮できる厚鋼板が実現でき、このような厚鋼板は、海洋構造物、船舶、橋梁等の構造材料の他、原子力発電プラントの圧力容器用素材として極めて有用である。

落重試験で用いた試験片の形状を示す平面図である。

本発明者らは、高い強度と良好な落重特性を確保できる厚鋼板を実現する手段について様々な角度から検討した。その結果、鋼板のミクロ組織として、ベイナイトを主体（ベイナイトの面積分率が９０％以上）とするものを選ぶことによって高い強度を確保すると共に、ベイナイトのラス幅（束状に形成されるベイナイトの幅）の平均値を３．５μｍ以下にし、且つベイナイト中のＭＡの大きさ（円相当直径の最大値）を３．０μｍ以下のものとすれば、落重特性の向上に有効であることを見出し、本発明を完成した。

尚、本発明の厚鋼板において、上記のミクロ組織の評価位置として、表面からｔ／４〜ｔ／２（ｔ：板厚）の位置としたのは、厚鋼板の特性を評価する上で代表的は位置として選んだものである。

本発明の厚鋼板においては、ベイナイトのラス幅を規定することが重要なポイントとなる。このラス幅は、落重特性に影響を与え、その平均値が３．５μｍ以下であれば、落重特性が実現できる。これは、破壊の進行を抑えるラス数が多くなるためとの理由によるものと考えることができる。尚、ベイナイトのラス幅は、３μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２μｍ以下である。

ベイナイト中には、島状マルテンサイト（ＭＡ）がベイナイトのラスの間に板状か粒状で存在するが、この円相当直径の最大値は落重特性に影響を与え、その最大値（最大円相当直径）が３．０μｍ以下であれば、落重特性の向上に極めて有効なものとなる。これは、破壊の起点になりにくいとの理由によるものと考えることができる。尚、ＭＡの大きさの平均値（平均円相当直径）は１．０μｍ以下であることが好ましく、こうした要件を満足させることによって、破壊に対するエネルギーが向上するとのの理由から落重特性を更に向上させることができる。

本発明の厚鋼板では、そのミクロ組織がベイナイトを主体（ベイナイトの面積分率が９０％以上、好ましくは９５％以上）とするものであり、全てがベイナイトである場合（ベイナイトの総面積率が１００％）も含むものであるが、その一部（即ち、面積分率で１０％以下）に他の組織（例えば、フェライト、ウィドマンステッテン・フェライト、パーライト、マルテンサイト、セメンタイト等のうちの１種または複数種）を含むものであっても良い。

ＭＡの大きさ（平均円相当直径）は、Ｃ，ＳｉおよびＡｌの含有量に基づいて下記（１）式で規定されるＡ値と相関関係があるとの知見が、合金元素の添加量とＭＡの大きさについて実験的に求められており、このＡ値を１．０（％）より小さい値とすることによって、ＭＡの大きさ（平均円相当直径）を１．０μｍ以下に制御できる。尚、下記（１）式には、必要によって含有されるＳｉも含まれるものとなるが、Ｓｉを含まないときには、その項目がないものとしてＡ値を計算し、Ｓｉを含むときには、下記（１）式からＡ値を計算すれば良い。
Ａ値＝０．３４＋２．２×［Ｃ］＋３．３［Ｓｉ］＋６．１×［Ａｌ］…（１）
但し、［Ｃ］，［Ｓｉ］および［Ａｌ］は、夫々Ｃ，ＳｉおよびＡｌの含有量（質量％）を示す。

次に、本発明の厚鋼板における基本成分組成について説明する。本発明の厚鋼板では、鋼板としての基本成分（Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，ＮおよびＯ）が、以下に示すような適正範囲内にあることも必要である。これらの成分の範囲限定理由は、下記の通りである。

［Ｃ：０．０３〜０．１５０％］
Ｃは鋼板の強度を確保するために必要な元素であり、所望の強度を確保するためには０．０３％以上含有させる必要がある。しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、落重特性が却って低下することになる。こうしたことから、その上限は０．１５０％とする必要がある。尚、Ｃ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、好ましい上限は０．１３％である。

［Ｓｉ：０．５％以下（０％を含む）］
Ｓｉは鋼板の強度を確保するために有効な元素であり、必要により含有される。しかしながら、過剰に含有されると鋼材（母材）に島状マルテンサイト（ＭＡ）の粗大化を招き落重特性を劣化させる。こうしたことから、その上限を０．５％とした。尚、Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、好ましい上限は０．２５％である。

［Ｍｎ：１．０〜２．０％］
Ｍｎは焼入れ性を向上させて鋼板強度を確保する上で有効な元素であり、こうした効果を発揮させるためには、Ｍｎは１．０％以上含有させる必要がある。しかしながらＭｎを過剰に含有させると、鋼板の落重特性が劣化するので上限を２．０％とする。Ｍｎ含有量の好ましい下限は１．２％であり、好ましい上限は１．６％である。

［Ｐ：０．０１５％以下（０％を含まない）］
Ｐは不可避的に混入してくる不純物であり、鋼板の落重特性に悪影響を及ぼすので、できるだけ少ない方が好ましい。こうした観点から、Ｐは０．０１５％以下に抑制するのが良い。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０１０％である。

［Ｓ：０．０１％以下（０％を含まない）］
Ｓは、鋼板中の合金元素と化合して種々の介在物を形成し、鋼板の落重特性に有害に作用する不純物であるので、できるだけ少ない方が好ましく、実用鋼の清浄度の程度を考慮して０．０１％以下（好ましくは０．００５％以下）に抑制するのがよい。尚、Ｓは鋼に不可避的に含まれる不純物であり、その量を０％とすることは工業生産上困難である。

［Ａｌ：０．００５〜０．０６％］
Ａｌは脱酸剤として有効な元素であると共に、鋼板のミクロ組織微細化による鋼板強度向上効果も発揮する。こうした効果を発揮させるためには、Ａｌ含有量は０．００５％以上とする必要がある。しかしながら、過剰に含有されると島状マルテンサイト（ＭＡ）の粗大化を招き、落重特性を劣化させる。こうしたことから、その上限を０．０６％とした。尚、Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、好ましい上限は０．０４％である。

［Ｃｒ：０．１０〜０．５％］
Ｃｒは、鋼板の焼入れ性を高めて強度を向上させるのに有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｃｒ含有量は０．１０％以上とする必要がある。しかしながら、Ｃｒの含有量が過剰になると、落重特性を劣化させる。こうしたことから、Ｃｒ含有量は０．５％以下とする必要がある。尚、Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．２％であり、好ましい上限は０．４％である。

［Ｍｏ：０．０５〜０．５％］
Ｍｏは、微細炭化物を形成し、鋼板の強度を向上させる上で有効な元素である。こうした効果を発揮させるためには、Ｍｏ含有量は０．０５％以上とする必要がある。しかしながら、その含有量が過剰になると、炭化物粗大化が促進され、落重特性が却って低下する。こうしたことから、Ｍｏ含有量は０．５％以下にする必要がある。尚、Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、好ましい上限は０．３％である。

［Ｖ：０．１０％以下（０％を含まない）］
Ｖは焼入れ性を向上させて鋼板の強度を向上させる効果を発揮する。またＶは焼戻し軟化抵抗を高くする効果もある。しかしながら、多量に含有されると落重特性が劣化するため、０．１０％以下（より好ましくは０．０５％以下）とするのが良い。尚、その効果を有効に発揮させるためのＶ含有量は、０．０２％以上である。

［Ｎ：０．００２０〜０．０１０％］
Ｎは、Ａｌ等と結合し、窒化物を形成して鋼板組織を微細化させて落重特性を向上させる効果がある。こうした効果を発揮させるには、Ｎは０．００２０％以上含有させる必要がある。しかし、Ｎ含有量が過剰になると落重特性が却って劣化するので、０．０１０％以下とする。尚、Ｎ含有量の好ましい下限は０．００４％であり、好ましい上限は０．００８％である。

［Ｏ：０．０１０％以下（０を含まない）］
Ｏは、不可避的不純物として含有されるが、鋼中では酸化物として存在する。しかしながら、その含有量が０．０１０％を超えると粗大な酸化物が生成して落重特性が劣化する。こうしたことから、Ｏ含有量の上限を０．０１０％とする。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００３％である。

本発明で規定する含有元素は上記の通りであって、残部は鉄および不可避的不純物であり、該不可避的不純物として、原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる元素の混入が許容され得る。また本発明の厚鋼板には、必要によって更に（ａ）Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：２％以下（０％を含まない）、（ｂ）Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含まない）および／またはＢ：０．００５％以下（０％を含まない）、（ｃ）Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）および／またはＴｉ：０．０３０％以下（０％を含まない）、（ｄ）Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）および／またはＨｆ：０．０５％以下（０％を含まない）、（ｅ）Ｃａ：０．００３５％以下（０％を含まない）、（ｆ）Ｃｏ：２．５％以下（０％を含まない）および／またはＷ：２．５％以下（０％を含まない）、（ｇ）希土類元素：０．０１％以下（０％を含まない）等を含有させることも有用であり、こうした元素を含有することでその種類に応じて厚鋼板の特性が更に改善される。

［Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：２％以下（０％を含まない）］
ＣｕおよびＮｉは、焼入れ性を高めて強度を向上させるのに有効な元素であり、必要によって含有される。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰になると、落重特性が却って低下するので、いずれも２％以下（より好ましくは１％以下）とするのがよい。上記効果を発揮させるための好ましい下限は、いずれも０．２％以上（より好ましくは０．３％以上）である。

［Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含まない）および／またはＢ：０．００５％以下（０％を含まない）］
ＮｂおよびＢは、焼入れ性を向上させて鋼板の強度を向上させる効果を発揮する。しかしながら、多量に含有されると炭化物や窒化物の生成が多くなり落重特性が劣化するため、上記の量までとするのが良い。より好ましくは、Ｎｂで０．０４％以下、Ｂで０．００２％以下である。尚、これらの効果を有効に発揮させるための含有量は、Ｎｂで０．０１％以上、Ｂで０．０００５％以上である。

［Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）および／またはＴｉ：０．０３０％以下（０％を含まない）］
ＭｇおよびＴｉは、酸化物や窒化物を形成し、オーステナイト粒の粗大化を抑制することによって、ＨＡＺの特性を向上させる効果を有するため、必要によって含有される。しかしながらこれらの含有量が過剰になると、介在物が粗大化して落重特性が劣化するため、Ｍｇで０．００５％以下（より好ましくは０．００３％以下）、Ｔｉで０．０３０％以下（より好ましくは０．０２％以下）にするのが良い。

尚、Ｔｉを含有する場合には、Ｔｉの含有量を０．００５〜０．０３０％とすると共に、鋼板中に存在するＴｉ系分散粒子の平均サイズ（平均円相当直径）が４０ｎｍ以下となるように制御することによって、落重特性に加えて、ＨＡＺの靭性を一層高めることが可能となって、好ましい。Ｔｉ系分散粒子の平均サイズは、より好ましくは３０ｎｍ以下であり、平均サイズが小さければ小さいほど良好な特性が得られる。

一方、このようなＴｉ系分散粒子の最小サイズ（円相当直径の最小値）を１０ｎｍ以上となるように制御するとＨＡＺ靭性の向上効果が顕著になって一層好ましい。Ｔｉ系分散粒子の最小サイズは、より好ましくは１５ｎｍ以上であるが、小さいほど溶けやすいという観点からすれば、平均サイズにできるだけ近い方が好ましい。

［Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）および／またはＨｆ：０．０５％以下（０％
を含まない）］
ＺｒおよびＨｆは、Ｎと窒化物を形成し、オーステナイト粒を微細化し、ＨＡＺ特性改善に有効な元素である。しかし、過剰に含有されると落重特性を却って低下させる。このため、これらの元素を含有するときには、Ｚｒは０．１％以下（より好ましくは０．００３％以下）、Ｈｆは０．０５％以下（より好ましくは０．０１％以下）とする。

［Ｃａ：０．００３５％以下（０％を含まない）］
Ｃａは硫化物の形態を制御してＨＡＺ特性の向上に寄与する元素である。しかし、０．００３５％を超えて過剰に含有させても落重特性が却って劣化する。尚、Ｃａ含有量のより好ましい上限は０．００２０％以下である。

［Ｃｏ：２．５％以下（０％を含まない）および／またはＷ：２．５％以下（０％を含
まない）］
ＣｏおよびＷは、焼入れ性を向上させて鋼板の強度を高める効果を有するので、必要により含有される。しかしながら、過剰に含有するとＨＡＺ靭性が劣化するため、上限をいずれも２．５％とする。尚、これらの含有量のより好ましい上限は、いずれも０．５％以下である。

［希土類元素（ＲＥＭ）：０．０１％以下（０％を含まない）］
希土類元素（ＲＥＭ）は、鋼材中に不可避的に混入してくる介在物（酸化物や硫化物等）の形状を微細化・球状化することによって、母材やＨＡＺの靭性の向上に寄与する元素であり、必要によって含有される。こうした効果は、その含有量が増加するにつれて増大するが、ＲＥＭの含有量が過剰になると、介在物が粗大化して落重特性が劣化するため、０．０１％以下に抑えることが好ましい。尚、本発明において、ＲＥＭとは、ランタノイド元素（ＬａからＬｕまでの１５元素）およびＳｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）を含む意味である。

本発明の厚鋼板を製造するに当たっては、上記した化学成分組成を満たす鋼材を、通常の溶製法によって溶製し、この溶鋼を冷却してスラブとし、例えば９００〜１３００℃の範囲に加熱した後熱間圧延を行い、引き続き９５０〜８５０℃までの温度範囲での圧下率を１０％以上となるようにして粗圧延を行なった後、８００〜８５０℃の温度範囲で最終圧延パスでの圧下率が３〜１０％となるようにして仕上げ圧延を行ない、その後４００℃までを０．１〜３０℃／秒の平均冷却速度で直接冷却し、更に９００〜１０００℃の温度範囲に再加熱して焼入れを行ない、５５０〜７００℃の温度範囲で２回以上の焼戻しを行なうようにすればよい。この方法における各条件の範囲設定理由は次の通りである。尚上記で示した温度は、鋼板表面の温度で管理したものである。

［スラブの加熱温度：９００〜１３００℃］
鋼板の組織を一旦全てオーステナイト化する観点から９００℃以上とする必要があるが、加熱温度が１３００℃を超えるとオーステナイト粒が粗大化して後の工程で所望の組織を得ることは難しくなる。

［９５０〜８５０℃までの温度範囲での圧下率を１０％以上となるようにして粗圧延を行なう］
この温度範囲での圧下率はベイナイトのラス幅に影響を与え、圧下率を１０％以上とすることによって、後の工程との組合せによって、ベイナイトのラス幅の平均値を３．５μｍ以下にできる。圧下率が１０％未満となると、ベイナイトのラス幅の平均値を３．５μｍ以下にできなくなる。

［８００〜８５０℃の温度範囲で最終圧延パスでの圧下率が３〜１０％となるようにして仕上げ圧延を行なう］
この温度範囲での圧下率はベイナイトのラス幅やＭＡサイズに影響を与え、温度が８５０℃を超えたり、圧下率が３％未満となると、ベイナイトのラス幅やＭＡサイズ（最大値）が規定値を超えることになる。またこのときの圧下率が１０％を超えるような圧延は、仕上げ圧延では通常行なわれない。

［４００℃までを０．１〜３０℃／秒の平均冷却速度で直接冷却する］
仕上げ圧延を行なった後には、４００℃までを０．１〜３０℃／秒の平均冷却速度で直接冷却する必要がある。冷却時の平均冷却速度が０．１℃／秒未満或は３０℃／秒超では、ベイナイト主体とすることができない。このときの冷却を４００℃までとするのは、それ以上組織変態を生じないからである。また、直接冷却するのは、焼入れ前の組織を細かくしておくことで、焼入れ後も細かくするという観点からである。

［焼入れ時の再加熱温度：９００〜１０００℃］
オーステナイト化の観点から、再加熱温度は９００℃以上とする必要があるが、再加熱温度が１０００℃を超えると粗大オーステナイトとなる。尚、焼入れの効果を発揮させて所望の組織（ベイナイトを主体とする組織）を得るためには、上記の温度範囲に再加熱した後、０．５〜２０℃／秒の平均冷却速度で冷却を行なって焼入れを行なう必要がある。即ち、焼入れ冷却時の平均冷却速度が０．５℃／秒未満となると、ベイナイト主体の組織とならずフェライト・パーライト主体の組織となり、２０℃／秒を超えるような冷却では、マルテンサイトが主体の組織となる。

［５５０〜７００℃の温度範囲で２回以上の焼戻しを行なう］
上記のような焼入れを行なった後は、焼戻しを行なうが、このときの焼戻し条件も適切に制御することが重要である。焼戻し条件は、ベイナイトのラス幅やＭＡサイズ（最大値）に影響を与え、焼戻し温度が５５０℃未満であったり、焼戻し回数が１回では、ＭＡサイズ（最大値）が規定値を超えることになる。また焼戻し温度が７００℃を超えると、ベイナイトのラス幅が規定値を超えることになる。

尚、Ｔｉを０．００５〜０．０３０％含有させると共に、鋼板中に存在するＴｉ系分散粒子のサイズを制御する場合には、前記した本発明の厚鋼板の製造方法をベースとして以下のような条件の制御を行えばよい。

まず、スラブ加熱温度は１１５０℃以上とする必要がある。加熱温度をこのように比較的高めとすることで、スラブ加熱時点で既に存在するＴｉ系分散粒子を溶融させることができ、平均サイズを小さくすることができる。また比較的高温とすることで、その後の工程にて生成するＴｉ系分散粒子については、ある程度成長が促されるようになって、その結果、最終的に残存する微細なものを減少できるようになる。好ましくは１２００℃以上であり、１２００℃以上とすることで、最小サイズを１０ｎｍ以上とすることができる。

また、Ｔｉ系分散粒子のサイズは、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ等の元素含有量によっても影響を受けることが分かっている。本発明者らが検討した結果、Ｔｉ系分散粒子の平均サイズを４０ｎｍ以上とするためには、上記スラブ加熱温度の制御に加えて、下記（２）式で規定されるＸ値が４０以上となるように各添加元素の含有量を調整することが必要であることが実験的に求められている。このＸ値は４５以上であることが好ましいが（より好ましくは５０以上）、逆に靭性劣化という観点からして、１５０以下であることが好ましい（より好ましくは１００以下）。

尚、下記（２）式には、必要によって含有される元素（Ｓｉ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｎｉ等）も含まれるものとなるが、これらの元素を含まないときには、その項目がないものとしてＸ値を計算し、これらの元素を含むときには、下記（２）式からＸ値を計算すれば良い。
Ｘ＝５００×［Ｃ］+３２×［Ｓｉ］+８×［Ｍｎ］−９×［Ｎｂ］+１４×［Ｃｕ］+１７×［Ｎｉ］−５×［Ｃｒ］−２５×［Ｍｏ］−３４×［Ｖ］ …（２）
但し、［Ｃ］，［Ｓｉ］,［Ｍｎ］,［Ｎｂ］,［Ｃｕ］,［Ｎｉ］,［Ｃｒ］,［Ｍｏ］および［Ｖ］は、夫々Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｎｂ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，ＭｏおよびＶの含有量（質量％）を示す。

尚、本発明で対象とする鋼板は、基本的には板厚が５０ｍｍ以上の厚鋼板を想定したものであるが、それ以下の板厚においても同等の特性を有するものとなり、本発明の対象に含まれるものである。

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

［実施例１］
下記表１、２に化学成分組成を示す各種溶鋼を、通常の溶製法によって溶製し、この溶鋼を冷却してスラブ（厚み：３００ｍｍ）とした後、下記表３、４に示した条件で熱間圧延、冷却および焼戻しを行ない、各種鋼板（厚み：１００ｍｍ）を得た。尚、下記表１、２において、ＲＥＭはＣｅを５０％程度とＬａを２５％程度含有するミッシュメタルの形態で添加した。尚、下記表１、２中「−」の欄は元素を添加していないことを示している。

得られた各厚鋼板について、組織［ベイナイト面積分率、ベイナイトのラス幅、ＭＡのサイズ（平均円相当直径および最大円相当直径）］、機械的特性（厚鋼板の降伏強度ＹＳ、引張強度ＴＳ、落重特性ＮＤＴ）を下記の方法によって測定した。

［ベイナイトの面積分率の測定］
得られた厚鋼板について、ｔ／４（ｔ：板厚）の位置の光学顕微鏡観察を行ない、ベイナイト以外の部位に色を塗り、透明フィルムに映し、その後画像解析装置（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ製：Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕs）による画像解析にて色付き部分の面積率を求め、全体１００％から差し引いた分をベイナイト面積分率とした。このとき、顕微鏡観察は１００倍の３視野で撮影し、その平均値を算出した。

［ベイナイトのラス幅の測定］
得られた厚鋼板について、ｔ／４（ｔ：板厚）の位置から採取したサンプルを用いて、倍率：１０００倍にて走査型顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行ない、３視野の平均値をその鋼種のラス幅とした。

［厚鋼板の引張特性の評価］
各厚鋼板のｔ／４（ｔ：板厚）の位置から幅方向にＮＫ Ｕ１４号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に従って引張試験を行うことによって、降伏応力ＹＳ（上降伏点ＹＰまたは０．２％耐力σ_0.2）および引張強度ＴＳを測定した。合格基準は、３回での平均値で、降伏強度ＹＳ：４１５ＭＰａ以上、引張強度ＴＳ：６２０ＭＰａ以上である。

［島状マルテンサイト（ＭＡ）のサイズ（円相当直径）の測定］
各厚鋼板のｔ／４（ｔ：板厚）の位置から採取したサンプルを用いてレペラー腐食し、光学顕微鏡によって組織を観察し、倍率：１０００倍、５視野を観察した（白い部分がＭＡと判断）。画像解析装置（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ製：Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ Ｐｌｕs）による画像解析にて、ＭＡのサイズ（平均円相当直径、最大円相当直径）を測定した。

［落重特性の評価］
ＡＳＴＭ Ｅ２０８（２００６）に準拠して落重試験を実施し、各厚鋼板の無延性遷移温度ＮＤＴを測定した。このとき用いた試験片形状は、Ｐ−３タイプとして、厚鋼板のｔ／４（ｔ：板厚）の位置からＣ方向（圧延方向に垂直な方向）に沿って採取したものを用いた。また試験片表面に形成するビードは、溶接棒（「ＮＲＬ−Ｓ」 株式会社神戸製鋼所製：直径５ｍｍ）を用い、ストレートビードとした。このとき用いた試験片の形状を図１（平均図）に示す（Ｌ：５０ｍｍ、Ｗ：１３０ｍｍ）。そして、ＮＤＴが−７０℃以下を合格とした。

これらの測定結果を、下記表５、６に示す（試験Ｎｏ．１〜５５）。尚、下記表６における、組織の項目で「−」の欄（試験Ｎｏ．５１，５２）は、ベイナイト組織が存在しないことを意味する（試験Ｎｏ．５１はフェライト・パーライト組織、試験Ｎｏ．５２はマルテンサイト組織）。

これらの結果から、次のように考察できる（尚、下記Ｎｏ．は、表１〜６の試験Ｎｏ．を示す）。Ｎｏ．１〜２４は、本発明で規定する要件を満足するものであり、化学成分組成および組織が適切に制御されており、高い強度と共に良好な落重特性が得られていることが分かる。

これに対して、Ｎｏ．２５〜５５は、本発明で規定するいずれかの要件を外れる例であり、少なくともいずれかの特性が劣っている。このうちＮｏ．２５の例は、Ｃ含有量が本発明で規定する範囲に満たないものであり、落重特性は良好であるものの強度が低下している。Ｎｏ．２６の例は、Ｃ含有量が本発明で規定する範囲を超えるものであり、高い強度は得られるものの落重特性が劣化している。

Ｎｏ．２７の例は、Ｓｉ含有量が本発明で規定する範囲を超えて（Ａ値も高くなっている）、ＭＡのサイズ（最大円相当直径）が大きくなっており、落重特性が劣化している。Ｎｏ．２８の例は、Ｍｎ含有量が本発明で規定する範囲に満たないものであり、必要な強度が得られておらず、落重特性も若干低下している。Ｎｏ．２９の例は、Ｍｎ含有量が本発明で規定する範囲を超えており、落重特性が劣化している

Ｎｏ．３０の例は、Ｐ含有量が本発明で規定する範囲を超えており、高い強度は得られるものの、落重特性が劣化している。Ｎｏ．３１の例は、Ｓ含有量が本発明で規定する範囲を超えており、高い強度は得られるものの、落重特性が劣化している。

Ｎｏ．３２の例は、Ａｌ含有量が本発明で規定する範囲に満たないものであり、強度が低下している。Ｎｏ．３３の例は、Ａｌ含有量が本発明で規定する範囲を超えるものであり、ＭＡのサイズ（最大円相当直径）が大きくなり、落重特性が劣化している。

Ｎｏ．３４の例は、任意添加成分であるＣｕの含有量が好ましい範囲を超えており、ＭＡの最大サイズが大きくなり、落重特性が劣化している。Ｎｏ．３５の例は、任意添加成分であるＮｉの含有量が好ましい範囲を超えており、ＭＡのサイズ（最大円相当直径）が大きくなり、落重特性が劣化している。

Ｎｏ．３６の例は、Ｃｒ含有量が本発明で規定する範囲に満たないものであり、強度が低くなると共に、落重特性が若干低下している。Ｎｏ．３７の例は、Ｃｒ含有量が本発明で規定する範囲を超えており、高い強度は得られるものの、落重特性が劣化している。

Ｎｏ．３８の例は、Ｍｏ含有量が本発明で規定する範囲に満たないものであり、強度が低くなると共に、落重特性が若干低下している。Ｎｏ．３９の例は、Ｍｏ含有量が本発明で規定する範囲を超えており、高い強度は得られるものの、落重特性が劣化している。

Ｎｏ．４０の例は、Ｖ含有量が本発明で規定する範囲を超えており、高い強度は得られるものの、落重特性が劣化している。Ｎｏ．４１の例は、任意添加成分であるＮｂの含有量が好ましい範囲を超えており、落重特性が劣化している。

Ｎｏ．４２の例は、任意添加成分であるＴｉ含有量が好ましい範囲を超えており、強度が低下すると共に、落重特性が劣化している。Ｎｏ．４３の例は、任意添加成分であるＢ含有量が好ましい範囲を超えており、落重特性が劣化している。

Ｎｏ．４４の例は、Ｎ含有量が本発明で規定する範囲に満たないものであり、落重特性が劣化している。Ｎｏ．４５の例は、Ｎ含有量が本発明で規定する範囲を超えており、落重特性が劣化している。Ｎｏ．４６の例は、Ｏ含有量が本発明で規定する範囲を超えており、落重特性が劣化している。

Ｎｏ．４７の例は、９５０〜８５０℃での圧下率が５％で圧延を行なったものであり、ベイナイトのラス幅が大きくなっており、落重特性が劣化している。Ｎｏ．４８、４９の例は、最終パスでの圧下率が小さいものであり、いずれもベイナイトのラス幅が大きくなると共に、ＭＡのサイズ（最大円相当直径）が規定値を超えるものとなっており、落重特性が劣化している。

Ｎｏ．５０の例は、最終パスの温度が高いものであり、ベイナイトのラス幅が大きくなると共に、ＭＡのサイズ（最大円相当直径）が規定値を超えるものとなっており、落重特性が劣化している。Ｎｏ．５１、５２の例は、焼入れ時の冷却速度が所定の範囲内にないものであり、ミクロ組織がベイナイトを主体とするものにはならず、高い強度と良好な落重特性の両方を満足することができない。

Ｎｏ．５３の例は、焼戻し回数が１回のものであり、ＭＡのサイズ（最大円相当直径）が規定値を超えるものとなっており、落重特性が劣化している。Ｎｏ．５４、５５の例は、焼戻し温度が適切な温度範囲を外れており、ベイナイトのラス幅またはＭＡのサイズ（最大円相当直径）のいずれかが規定値を超えるものとなっており、落重特性が劣化している。

［実施例２］
下記表７に化学成分組成を示す各種溶鋼を、通常の溶製法によって溶製し、この溶鋼を冷却してスラブ（厚み：３００ｍｍ）とした後、下記表８に示した条件で熱間圧延、冷却および焼戻しを行ない、各種鋼板（厚み：１００ｍｍ）を得た。尚、表７、８には、参考のために前記表１、３、５に示した試験Ｎｏ．２４のものも同時に示した。

得られた各厚鋼板について、組織［ベイナイト面積分率、ベイナイトのラス幅、ＭＡのサイズ（平均円相当直径および最大円相当直径）］、機械的特性（厚鋼板の降伏強度ＹＳ、引張強度ＴＳ、落重特性ＮＤＴ）を実施例１に示した方法によって測定すると共に、Ｔｉ系分散粒子のサイズ（平均サイズ、最小サイズ）、およびＨＡＺ靭性を下記に示す方法で測定した。これらの測定結果を、上記試験Ｎｏ．２４の結果と共に下記表９に示す（試験Ｎｏ．５６〜６１）。

［Ｔｉ系分散粒子のサイズの測定］
得られた厚鋼板について、ｔ／４の位置（ｔ：板厚）の位置を、倍率：６００００倍にて透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察を行ない、観察視野：２．０×２．０（μｍ）、観察箇所：５箇所の条件で観察し、その各視野中でのＴｉ系分散粒子の面積を測定して、この面積から各粒子の円相当直径を算出した。またＴｉ系分散粒子であるかどうかは、ＴＥＭに付属するＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線検出器）によって、各粒子がＴｉを含むか否かで判別した。また、１ｎｍ未満の粒子については測定から除外した。得られた各粒子の円相当直径を算術平均して得られる値を平均サイズ、得られた値で最も小さい値を最小サイズとした。

［ＨＡＺ靭性の測定］
ＨＡＺ靭性については、得られた厚鋼板について、ｔ／４の位置（ｔ：板厚）の位置からシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２０１の４号試験片）を採取し、再現ＨＡＺ熱サイクルＶノッチシャルピー試験を行った。再現ＨＡＺ熱サイクル条件は、入熱量：１００ｋＪ／ｍｍの熱履歴を模擬した。ＨＡＺ靱性については、−１５℃での吸収エネルギー（ｖＥ_-15）を、３本の試験片について測定し、その平均値を求めた。

これらの結果から、次のように考察できる（尚、下記Ｎｏ．は、表９の試験Ｎｏ．を示す）。Ｎｏ．５６〜６１の鋼板は、Ｔｉ系分散粒子の平均サイズが４０ｎｍ以下となっているのでＮｏ．２４の鋼板と比較して、ＨＡＺ靭性が改善されていることが分かる。特にＮｏ．６０、６１のものでは、Ｔｉ系分散粒子の平均サイズが４０ｎｍ以下であると共に、その最小サイズが１０ｎｍ以上となっているので、良好なＨＡＺ靭性を示していることが分かる。

Claims (11)

1. Ｃ：０．０３〜０．１５０％（「質量％」の意味。化学成分組成について以下同じ）、Ｓｉ：０．５％以下（０％を含む）、Ｍｎ：１．０〜２．０％、Ｐ：０．０１５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０１％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．００５〜０．０６％、Ｃｒ：０．１０〜０．５％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｖ：０．１０％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．００２０〜０．０１０％およびＯ：０．０１０％以下（０％を含まない）を夫々含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、表面から深さｔ／４〜ｔ／２（ｔは、板厚を表す、以下同じ）の位置におけるミクロ組織において、ベイナイトの面積分率が９０％以上であると共に、ベイナイトのラス幅の平均値が３．５μｍ以下であり、且つベイナイト中の島状マルテンサイトの円相当直径の最大値が３．０μｍ以下であることを特徴とする落重特性に優れた高強度厚鋼板。
2. 島状マルテンサイトの平均円相当直径が１．０μｍ以下である請求項１に記載の厚鋼板。
3. 更に、Ｃｕ：２％以下（０％を含まない）および／またはＮｉ：２％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１または２に記載の高強度厚鋼板。
4. 更に、Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含まない）および／またはＢ：０．００５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
5. 更に、Ｍｇ：０．００５％以下（０％を含まない）および／またはＴｉ：０．０３０％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜４のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
6. 更に、Ｔｉ：０．００５〜０．０３０％を含有すると共に、鋼板中に存在するＴｉ系分散粒子が平均円相当直径で４０ｎｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
7. 前記Ｔｉ系分散粒子は円相当直径の最小値が１０ｎｍ以上である請求項６に記載の高強度厚鋼板。
8. 更に、Ｚｒ：０．１％以下（０％を含まない）および／またはＨｆ：０．０５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜７のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
9. 更に、Ｃａ：０．００３５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜８のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
10. 更に、Ｃｏ：２．５％以下（０％を含まない）および／またはＷ：２．５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜９のいずれかに記載の高強度厚鋼板。
11. 更に、希土類元素：０．０１％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜１０のいずれかに記載の高強度厚鋼板。

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